垂直升船機消防安全方案研究

摘要：升船機作為一種獨特的水工建筑物，需要在防火分區(qū)劃分、塔柱及船廂室安全疏散等方面做出明確規(guī)定，以滿足水利水電工程升船機的設計防火要求和生產(chǎn)運行要求。通過實地調(diào)研，對升船機的消防安全疏散的實際需求進行剖析研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行規(guī)范在執(zhí)行過程中存在的問題并提出相關建議，從水上救援、防火分區(qū)劃分、安全疏散3個方面對現(xiàn)行規(guī)范進行補充并作為GB 50872-2014《水電工程設計防火規(guī)范》修編的技術支撐材料，研究結果可為后續(xù)升船機設計提供參考。

關鍵詞：垂直升船機; 消防安全; 防火分區(qū); 安全疏散

中圖法分類號：U642文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S2.023

文章編號：1006-0081（2024）S2-0082-05

0引言

升船機作為一種內(nèi)河通航設施，起源于20世紀的歐洲。與船閘相比，升船機具有提升高度大、過船時間短、基本不耗水、運行費用較低等優(yōu)點［1］。自20世紀90年代以來，隨著中國水電建設事業(yè)的迅速發(fā)展，特別是對西部河流大規(guī)模的梯級開發(fā)，升船機在中國得到了越來越廣泛的應用。迄今為止，中國已先后在巖灘、三峽、構皮灘等水電工程上建成了十余座大中型升船機。目前正在建設中的還有龍灘、旬陽、蜀河、百色等升船機工程。世界上規(guī)模和技術難度最大的三峽升船機建成，提升了中國乃至世界升船機工程的建設水平，進一步推動了升船機技術的發(fā)展和應用。

升船機作為通航建筑物的主要形式之一，有很多不同的型式，按照承船廂運動方向分類，主要分為垂直升船機和斜面升船機。在國內(nèi)水利樞紐中，斜面升船機主要為中小型，應用較少，主要代表為300 t 級的丹江口斜面升船機；垂直升船機按驅(qū)動方式分類，可分為齒輪齒條爬升式、鋼絲繩卷揚式、水液壓式、浮筒式和水力式等。除了景洪水電站采用水力式、丹江口升船機采用移動式垂直升船機與斜面升船機的組合外，大都采用平衡重式垂直升船機，主要包括鋼絲繩卷揚式和齒輪齒條爬升式垂直升船機兩種形式［2-3］。

目前，國內(nèi)除三峽升船機（圖1）以客輪通航為主外，其他升船機均以貨輪通航為主。相關工程案例只對船型有要求，對客貨載體無明確說明。隨著旅游觀光的需要也可能出現(xiàn)客貨兼顧的功能需求。升船機作為一種獨特的水工建筑物，與一般水工建筑物及公共建筑有著較大差別，因此需要在防火分區(qū)劃分、塔柱及船廂室安全疏散等方面進行規(guī)范化設計，現(xiàn)行防火設計規(guī)范未涉及該領域，需要進行補充研究。本文作為GB 50872-2014《水電工程設計防火規(guī)范》修編的技術支撐材料，旨在對缺失條文進行補充。

本文通過文獻收集和查閱、現(xiàn)場調(diào)研、專家座談等方式，結合實際案例，對建筑物布置形式、防火分區(qū)劃分、安全疏散通道設置進行分析研究，梳理現(xiàn)行規(guī)范在執(zhí)行中存在的問題，并提出解決方案。本文所述安全疏散要求適用于一般升船機建筑，研究結果可為后續(xù)升船機設計提供參考。

1研究概述

1.1研究范圍及內(nèi)容

平衡重式垂直升船機是國內(nèi)外現(xiàn)代升船機采用的主要型式，主要建筑物包括升船機主體部分和上、下游引航道的靠船與導航建筑物。主體部分通常由上閘首段、承船廂室段和下閘首段組成。本次研究主要以平衡重式垂直升船機為研究對象，研究范圍為上、下閘首，承船廂室及承船廂，上、下游引航道。

通過分析升船機消防總體方案，研究建筑物、船廂、上下游引航道消防等，重點梳理垂直升船機消防撲救、內(nèi)部人員疏散等方面存在的問題，主要研究內(nèi)容包括水上救援、防火分區(qū)劃分、安全疏散等方面在現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行中存在的問題及建議。

1.2現(xiàn)場調(diào)研

筆者隨同GB 50872-2014《水電工程設計防火規(guī)范》修編工作組于2022年6月21～24日和7月4～7日，赴烏江構皮灘、思林水電站和清江隔河巖、長江三峽、葛洲壩水利樞紐開展現(xiàn)場調(diào)研工作。通過現(xiàn)場查看與資料收集，就工程運行管理過程中有關防火設計及消防方面的問題與企業(yè)相關人員開展座談交流?，F(xiàn)場調(diào)研與本研究相關的主要議題如下。

（1） 壩區(qū)消防管理模式，企業(yè)消防運管情況；主要消防設施配置情況，包括水上消防管理設施。

（2） 升船機消防驗收過程反映的問題及處理；消防演練、安全疏散及水上救援設施等應急處理情況等。

1.3研究依據(jù)

本文主要研究參考依據(jù)有：GB 55037-2022《建筑防火通用規(guī)范》；GB 55036-2022《消防設施通用規(guī)范》；GB 50872-2014《水電工程設計防火規(guī)范》；GB 50987-2014《水利工程設計防火規(guī)范》；GB 51177-2016《升船機設計規(guī)范》；GB 50016-2014《建筑設計防火規(guī)范》；GB 50222-2017《建筑內(nèi)部裝修設計防火規(guī)范》；GB 51251-2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》；GB 17945-2010《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)》；GA 1290-2016《建設工程消防設計審查規(guī)則》；GA 836-2016《建設工程消防驗收評定規(guī)則》等。

1.4研究原則

升船機消防研究按照“預防為主，防消結合”的方針和確保重點、兼顧一般，便于管理、經(jīng)濟實用的原則進行。

根據(jù)升船機的特點，消防設計將“自救為主”和“他救為輔”相結合，消防設施與生產(chǎn)、生活設施相結合，實用性、先進性和經(jīng)濟性相結合。

倪愛民 等垂直升船機消防安全方案研究2消防總體方案

2.1火災分析和滅火介質(zhì)選擇

現(xiàn)代升船機各類建筑物均為鋼筋混凝土結構，機電設備主要包括0.4 kV電動設備、液壓啟閉設備、10 kV/0.4 kV供電設備、弱電控制保護設備等，火災類別一般為A類、B類和E類火災，故升船機消防滅火介質(zhì)以水為主，固定式水成膜、干粉等滅火介質(zhì)為輔。不便于使用水滅火的部位、場所，采用氣體滅火。滅火設施主要有：消防車、消防艇、室內(nèi)消火栓、室外消火栓、防火分隔水幕、氣體滅火系統(tǒng)及移動式滅火器等。

2.2消防車道、消防站與管理碼頭

升船機總體布置宜選在河道順直，河勢穩(wěn)定，有利于與上、下游航道銜接的位置，以及地形地質(zhì)條件好、場地開闊、交通方便、設備運輸便利的位置。有客輪通航要求且不允許乘客隨船過機的升船機，應設有船舶臨時停靠和乘客轉運設施。

2.2.1消防車道

根據(jù)樞紐總體布置，升船機上、下閘首端及船廂室左、右岸一般設有對外連接通道，宜盡量滿足消防車到達上、下閘首和船廂室左、右兩側區(qū)域的需要。連接通道及轉彎半徑均應滿足消防通道設置要求，盡端式消防通道應設置消防車回轉場地，以方便消防車輛進出要求。

2.2.2消防站

根據(jù)建標152-2017《城市消防站建設標準》要求，消防站的布局一般應以接到出動指令后5 min內(nèi)消防隊可以到達轄區(qū)邊緣為原則確定。升船機是水電工程樞紐區(qū)的重要組成部分，樞紐總體布置應綜合考慮消防站設置，升船機一般不另設消防站。

2.2.3管理碼頭

水利水電工程樞紐區(qū)上游均配有管理碼頭，有通航或翻壩運輸要求的樞紐區(qū)下游亦配有管理碼頭。升船機上、下游引航道或相應水域宜結合樞紐區(qū)總體布置，設置可供水上救援?？康墓芾碓O施，用于失火船只的滅火支援、故障船只施救（包括盡快將失火和失去動力的船只拖離）、失事船只人員搜救等，并兼顧上、下游待航區(qū)管理的任務。

3建筑物布置

平衡重式垂直升船機的主要建筑物包括升船機主體部分和上、下游引航道的靠船與導航建筑物。其中，主體部分通常由上閘首段、船廂室段和下閘首段組成，見圖2。

3.1上、下閘首

上、下閘首是升船機上、下游的擋水建筑物，用于連接船廂室段和上、下游引航道，是保證船舶安全進出船廂的主要建筑物。閘首結構、設備的布置與選型需要滿足適應上、下游通航水位變幅，抵擋上、下游校核洪水位及船廂與上、下游航道可靠對接的要求。一般情況下上、下閘首需布置一道擋水工作閘門和一道檢修閘門。

3.2船廂室段

船廂室段是船廂升降運行的區(qū)域，主要由裝載船舶的船廂、驅(qū)動船廂升降的主提升機或驅(qū)動系統(tǒng)、船廂重量的平衡系統(tǒng)、承載船廂與平衡重重力的混凝土塔柱結構和頂部機房、電氣控制設備及輔助設備設施等組成。

3.3與防火有關的各建筑物部位

與防火有關的建筑物主要有：啟閉機房、水泵房、閥門控制室、通風機房、電纜廊道、管線廊道、電纜夾層、蓄電池室、變配電室、電氣設備室、集中控制室、會議室、參觀室、衛(wèi)生間、電梯機房、電纜豎井、防煙豎井、防煙樓梯間、電梯及前室等。

4耐火等級

升船機整體按丁類火災危險建筑工程設計，升船機承船廂室火災危險性按丙類設計。根據(jù)生產(chǎn)場所的重要程度、火災危險性類別，將升船機各部位建筑物火災危險性大體上分成丙、丁、戊3類，構筑物燃燒性和耐火極限均符合GB 50016-2014《建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定，其耐火等級詳見表1。

5防火分區(qū)

根據(jù)升船機建筑物布置特點、各部位火災危險性類別及耐火等級劃分防火分區(qū)。由于承船廂是一個移動設備，其火災危險源除自身所帶的電氣設備、液壓設備等外，承船廂中過機船舶也是一個重大的危險源。相對其他部位來說，不確定性因素較多，因此宜作為一個獨立的消防區(qū)域考慮，其他部位則可根據(jù)建筑結構特點來劃分防火分區(qū)。

基于升船機承船廂是一個大型移動設備的特點，提升高度大，發(fā)生火災時的具體位置無法確定，按獨立消防區(qū)域考慮時，安全疏散出口無法直接對外。因此，應明確升船機承船廂安全出口為左、右兩側塔柱。

6安全疏散

6.1對外安全疏散通道

對外安全疏散通道主要包括連接上閘首閘面的疏散通道、連接塔柱兩側的對外疏散通道以及連接下閘首閘面的疏散通道。上閘首閘面可通過壩面交通干線結合左右岸上壩公路對外聯(lián)系，可設樓梯及電梯直接到達塔柱頂部機房。塔柱下游兩側、下閘首閘頂高程可設供車輛進出的道路，為運行維護的主要運輸和疏散通道，道路宜滿足雙向通行要求，并應滿足消防車道凈空、轉彎半徑及盡端道路回轉場地要求。塔柱下游外側橫墻設門，與下閘首閘面連通。

6.2塔柱內(nèi)部安全疏散

塔柱結構應設置從底板貫通至機房樓層的豎向交通樓梯和電梯，并應每隔一定高度設有一條通向船廂室的水平疏散廊道。船廂結構在與塔柱疏散通道對應的部位應設置人員疏散設施，疏散設施的布置、形式、尺寸等應滿足乘客、船員和升船機運行人員安全疏散的要求。在升船機的兩側塔柱應布置疏散樓梯，并按規(guī)范要求設防煙樓梯間，防煙樓梯間與塔柱各層的水平疏散走道相連。火災時，塔柱內(nèi)人員可通過疏散走道進入樓梯間，進而到達上閘首閘面或塔柱兩側地面層的室外安全區(qū)域。頂部機房層等人員較為集中的區(qū)域，可通過筒體內(nèi)部樓梯、室外上閘首至機房層樓梯疏散到上閘首的室外安全區(qū)域［4］。

在左、右側塔柱筒體內(nèi)，沿高度方向每隔6～10 m設一條水平疏散通道，確保船廂停在任意高度位置時均能與通道連通。每條水平疏散通道靠船廂室側設一樘甲級防火門。當船廂發(fā)生火災或在升降過程中發(fā)生意外停機事故時，船上乘客及工作人員可從船廂兩側甲板的疏散鋼梯脫離船廂。通過客輪的升船機疏散通道應滿足客輪額定承載人數(shù)疏散要求。

對于下水式垂直升船機，因其承船廂室與河道直接連通，疏散通道無法設置在設計水位以下的塔柱筒體內(nèi)，這種情況疏散通道通常設在塔柱筒體外側，并通過塔柱外掛開敞樓梯及水上救援設施進行疏散。

6.3船廂安全疏散

船廂兩側主縱梁頂部的甲板是船廂的主要交通通道，通往塔柱疏散通道。對于船廂上的機械設備機房和電氣設備機房等運行維護人員可能駐留的設備場所，均設有通道，通往船廂左右兩側甲板，以便運維人員遇火災事故時疏散。

6.4人員疏散

6.4.1人員疏散的可能性和效率

關于消防疏散的可能性和疏散效率的問題，目前尚無相關設計規(guī)范，只能采用具體問題具體分析的辦法解決。以三峽升船機為例：① 升船機主要通過客輪，不過油輪;② 客輪自身和升船機均已備有應對一般火災的消防系統(tǒng);③ 升船機船廂上升或下降一次需要的時間有限。

客觀分析可以得到的結論是在短時間內(nèi)，如客輪在船廂內(nèi)發(fā)生火災，從火警開始出現(xiàn)、發(fā)展到需要疏散旅客的概率較低［5］。

6.4.2不同人員疏散要求

（1） 以客輪通航為主的垂直升船機，應滿足普通人員安全疏散要求，包括疏散通道寬度、疏散樓梯設置等；以貨輪通航為主的垂直升船機，宜參照執(zhí)行。

（2） 無客輪通航要求的升船機，其疏散樓梯可采用垂直爬梯。

7結論和建議

7.1水上救援方面

水電工程樞紐區(qū)上游配有管理碼頭，用于攔漂排設施?？?，有通航或翻壩運輸要求的樞紐區(qū)下游亦配有管理碼頭。升船機上、下游引航道均無可燃物，本身無需設消防設施，現(xiàn)行規(guī)范對于升船機是否應設用于水上救援的設施無規(guī)定。從消防總體方案分析，為減輕企業(yè)負擔，建議升船機上、下游引航道或相應水域宜結合樞紐區(qū)總體布置，設置可供水上救援停靠的管理設施，并用于失火船只的滅火支援、故障船只施救（包括盡快將失火和失去動力的船只拖離）、失事船只人員搜救等，兼顧上下游待航區(qū)管理任務。

對于下水式垂直升船機，因承船廂室與河道直接連通，為適應水位變化，升船機塔柱及上、下閘首建筑物部分或全部入水，周邊無法設置對外安全通道，這種情況疏散通道通常設在筒體外側，并通過塔柱外掛開敞樓梯及水上救援設施進行安全疏散。

7.2防火分區(qū)劃分方面

防火分區(qū)應根據(jù)升船機建筑物布置特點、各部位火災危險性類別及耐火等級劃分。基于升船機承船廂是一個大型移動設備的特點，提升高度大，發(fā)生火災時的具體位置無法確定，按獨立消防區(qū)域考慮時，安全疏散出口無法直接對外。因此，應明確說明：升船機承船廂疏散出口為左、右兩側塔柱。從承船廂通過塔柱甲級防火門，即可認為到達安全區(qū)域，再通過塔柱疏散樓梯達到室外安全區(qū)域。

對于1 000 t級及以上升船機，應進一步把承船廂室段建筑的防火分區(qū)細分為左、右側塔柱和頂部機房3個防火分區(qū)。各防火分區(qū)之間的連通通道應采用甲級防火門分隔，安全疏散出口不應少于兩個。

7.3安全疏散方面

GB 50872-2014《水電工程設計防火規(guī)范》中關于船廂室上、下閘首兩側混凝土塔（筒）體的防火規(guī)范要求為：“在船廂室上、下閘首兩側混凝土塔（筒）體內(nèi)沿高度方向每隔6～10 m應各設置一條水平疏散廊道，疏散廊道靠船廂室一端應設置向疏散方向開啟的甲級防火門，防火門附近應設置室內(nèi)消火栓及手提式滅火器。疏散廊道的另一端應設置疏散樓梯通往室外安全區(qū)?！币?guī)范原條文為黑體強條。結合工程案例，從上述防火分區(qū)劃分及安全疏散分析，建議將船廂室上、下閘首兩側混凝土塔（筒）體內(nèi)沿高度方向每隔6～10 m設置的水平疏散廊道改為疏散出口，疏散出口應能直通室外或疏散樓梯間前室，并補充“通過客輪的升船機承船廂及塔柱疏散通道應滿足客輪額定承載人數(shù)疏散的要求?！?/p>

參考文獻：

［1］孫少楠，劉肖杰，肖佳華，等.升船機全生命周期BIM應用研究［J］.人民長江，2024，55（4）：192-199，206.

［2］吳云翔，李光華.清江高壩洲水利樞紐升船機消防設計［J］.人民長江，1998（2）：18-19，38，48.

［3］方正，江洪文，段波.三峽升船機消防設計難點及解決方案［J］.消防科學與技術，2019，38（7）：953-955.

［4］高瑾.垂直升船機承船廂應急疏散影響因素分析［D］.宜昌：三峽大學，2021.

［5］尚夢涵.陌生環(huán)境的垂直升船機火災疏散方案優(yōu)化研究［D］.宜昌：三峽大學，2021.

（編輯：江燾，舒忠磊）